IMPLEMENTACIN DEL PLC SIMATIC S7-1200, PANTALLA TCTIL Y
COMUNICACIN ETHERNET CON EL MDULO DE TRANSPORTE HORIZONTAL DEL
LABORATORIO DE CONTROL Y MANIPULACIN AUTOMTICA DE LA ESCUELA DE
INGENIERA DE MANTENIMIENTO DE LA ESPOCH.
ngel Ren Ambi Miranda*, Carlos Efran Tanqueo Moreta
Facultad de Mecnica, ESPOCH, Riobamba - EcuadorAutores para
correspondencia: [email protected]
RESUMEN
Se ha implementado el PLC (Control Lgico Programable) S7-1200,
pantalla tctil KTP600 PN Basic y comunicacin Ethernet al mdulo de
transporte horizontal del Laboratorio de Control y Manipulacin
Automtica de la Escuela de Ingeniera de Mantenimiento de la ESPOCH,
con el fin de automatizar el proceso de transporte, mejorando las
condiciones del mdulo en beneficio de los estudiantes que lo
usarn.
Inicialmente, se realiz el anlisis del funcionamiento del mdulo
de transporte, sus partes y estado tcnico, en el que se determin la
necesidad de tareas de mantenimiento en el mdulo para alcanzar el
estado funcional ptimo, en una tarea se implement una tarjeta de
comunicacin electrnica.
Se elabor un mdulo de automatizacin para instalar los equipos a
implementar y se instal una tarjeta de comunicacin electrnica para
la conexin con el mdulo de transporte, en las tarjetas se conectan
las entradas y salidas del PLC segn su diagrama de conexin. Para la
comunicacin entre dispositivos se utiliz sus puertos PROFINET y la
red industrial Ethernet del Compact Switch CSM1277.
Para la programacin de los equipos se realiza el diagrama
GRAFCET, que describe las etapas del proceso y las variables que se
asignaron en el TIA Portal V11, en donde se program los
dispositivos en la interfaz STEP 7 con lenguaje KOP y la
configuracin de la pantalla se la realiz en la interfaz WinnCC del
software.
Finalmente se elabor manuales de operacin, seguridad y
mantenimiento para los mdulos de transporte horizontal y de
automatizacin, que servirn para conservar el buen estado de los
equipos.
Palabras clave: Automatizar, control lgico programable,
manuales, pantalla tctil.
ABSTRACT
Has been implemented the PLC (Programmable Logic Control)
S7-1200, KTP600 PN basic touch screen and Ethernet communication to
the horizontal transport of laboratory control module and automatic
handling of the Maintenance Engineering School at ESPOCH, in order
to automate the process of transport, improving the module
conditions to benefit the students who will use it.
At the beginning was performed the analysis of the transport
module function, its parts and technical condition, in which was
determined the requirement of maintenance in the module to achieve
the optimal functional state and an electronic card communication
was implemented.An automation module was developed to install the
equipment and an electronic card communication was installed to
connect with the transport module, on the cards are connected the
inputs and outputs from the PLC according to the connection
diagram. For the communication between devices was used their
PROFINET ports and the Ethernet network CSM1277 compact switch.
For the programming equipment was performed the GRAFCET diagram,
which describes the stages of the process and the variables that
were assigned in the TIA VI1 portal, where the device was
programmed in the interface STEP 7 with KOP language and the
display settings was done on the software interface WinnCC.
Finally was developed operating manuals, safety and maintenance
for the horizontal transport modules and the automation, which will
preserve the good condition of the equipments.
Keywords: Automate, programmable logic control, manuals, touch
screen.
REVISTA CIENTFICA DE LA FACULTAD DE MECNICA-ESPOCH, Vol. 1, No.
1, 2014
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1. INTRODUCCIN
La automatizacin de procesos constituye una disciplina de
ingeniera, ofrece ventajas tanto en el aspecto econmico como
tecnolgico para la mecanizacin de los procesos industriales,
representando para una industria la oportunidad de ser eficiente y
competitiva. Las necesidades tecnolgicas del sector industrial
moderno exigen el uso de nuevos dispositivos de automatizacin,
tales como PLCs y paneles de visualizacin, debido a la capacidad
operativa de estos dispositivos en relacin a su costo.
A travs de la formacin basada en el conocimiento cientfico y
tecnolgico se implementa el PLC SIMATIC S7-1200 y la pantalla
tctil; contribuyendo a la calidad en la formacin de los
estudiantes, brindndoles la oportunidad de familiarizarse con
sistemas de control automtico similares a los existentes en las
industrias.
En la seccin 2, se describe las caractersticas de los
dispositivos que se implementaran tanto al mdulo de automatizacin
como al mdulo de transporte horizontal permitiendo optimizar
recursos a los estudiantes.
En la seccin 3, se expondrn los resultados del proceso de
evaluacin, implementacin y comunicacin entre mdulos, la seccin 4,
contiene un anlisis de las consideraciones para la operacin de los
equipos.
2. MTODO Y MATERIALES
El desarrollo de la metodologa empleada en la implementacin
nuevos equipos al mdulo de transporte horizontal se bas en la
investigacin descriptiva apoyada con herramientas de observacin,
experimentacin y descripcin de los diferentes equipos empleados en
el proyecto.
Software TIA Portal V11El TIA Portal (Automatizacin Totalmente
Integrada) es un sistema de ingeniera totalmente integrado que
facilita la programacin a travs de la interfaz de usuario SIMATIC
STEP 7 y SIMATIC WinnCC, proporciona lenguajes de programacin
estndar KOP, FUP y SCL, que permiten desarrollar de forma cmoda y
eficiente el programa de control de los dispositivos del proyecto
como controladores y paneles HMI. El programa de usuario puede
emplear bloques lgicos creados con cualquiera de los leguajes
mencionados anteriormente.
La interfaz de usuario WinnCC sirve para el diseo y ejecucin de
la visualizacin de procesos. (SIEMENS, 2011)
Figura 1. Software TIA PORTALV11
PLC SIMATIC S7-1200El controlador S7-1200 ofrece un diseo
compacto, configuracin flexible y un amplio juego de instrucciones,
idneo para controlar una gran variedad de aplicaciones.
Incorpora un microprocesador, fuente de alimentacin integrada,
circuitos de entrada y salidas, PROFINET integrado, E/S de control
de movimiento de alta velocidad, entradas analgicas incorporadas,
formando as un potente controlador.
Figura 2. PLC SIMATIC S7-1200
Pantalla tctil HMILa visualizacin de procesos cada vez ms se ha
convertido en un componente estndar de la mayora de mquinas o
sistemas de automatizacin.Es un tipo de panel con funciones bsicas
con pantalla tctil de seis pulgadas a color o monocromo y seis
teclas tctiles, compatibles con otros dispositivos mediante
comunicacin va Ethernet estndar a travs del puerto PROFINET
integrado. Utiliza la interfaz HMI (Interfaz hombre mquina) entre
la persona.Es decir el operador y el proceso que se controla ya sea
mquina o sistema. El panel ha sido diseado para ser utilizado
exclusivamente en entornos industriales.
Figura 3. Pantalla tctil KTP600
Mdulo CSM 1277El compact switch CSM 1277 cuenta con un
pasacables para el bus de la pared posterior, el dispositivo se
tiene que montar al principio o al final de la estacin o mdulo
S7-1200.
Los protocolos de comunicacin posibles con SIMATIC S7-1200
son:
Industrial Ethernet / PROFINET (Puerto Integrado), Profibus
Maestro / Esclavo, Modbus RTU, Modbus TCP (Puerto Integrado), USS,
GSM / GPRS, AS-Interface.
Figura 4. Mdulo de comunicacin RS23
Diagnstico del mdulo de transporteMediante una revisin visual y
comprobacin del funcionamiento de cada elemento a travs de pruebas
elctricas y neumticas se evala el estado del mdulo, determinando la
necesidad de realizar tareas de mantenimiento para alcanzar el
estado ptimo de funcionamiento, ya que al momento de la revisin el
mdulo no poda ser utilizado.
Figura 5. Estado inicial del mdulo de trasporte Horizontal.
3. RESULTADOS
Sistema estructural Luego de realizar una inspeccin y
comprobacin del estado de la estructura y elementos de sujecin se
determina el correcto funcionamiento de cada uno de ellos,
realizando tareas de limpieza y reajuste.
Sistema neumticoSe realiz pruebas de funcionamiento de las
electrovlvulas, actuador giratorio, cilindro neumtico, ventosa,
bomba de vaco, presostato, determinando un correcto funcionamiento,
se realizaron ajustes y calibracin en los dispositivos antes
mencionados.Sistema elctricoSe verific el funcionamiento de los
diferentes dispositivos como sensores, pulsadores, lmparas, rel,
cableado, etc. Luego de su respectiva comprobacin se determina la
necesidad de cambiar los dispositivos que cumplieron con su vida
til e implementar una tarjeta electrnica para la comunicacin con
los dispositivos de automatizacin.
Tareas de mantenimiento realizadas al mdulo de transporte. Una
vez efectuada la revisin y determinado el estado tcnico de los
componentes y el mdulo en general, se realizan acciones de
mantenimiento para devolver la funcionalidad al mdulo de
transporte, mejorando tambin la visualizacin del proceso sin
afectar las caractersticas del mismo.
Figura 6. Estado final del mdulo de transporte
Implementacin del mdulo de automatizacinEl mejoramiento en el
funcionamiento del mdulo de transporte requiere el diseo y
construccin de un nuevo mdulo para el montaje de los equipos de
control automtico, el mdulo de automatizacin construido permite la
introduccin de programas desarrollados en un software al PLC y a la
pantalla tctil.
El programa introducido se desarrolla en el TIA Portal, en un
lenguaje de programacin entendible para los equipos de control y la
comprobacin del funcionamiento se realiza conectando las entradas y
salidas correspondientes del mdulo de transporte para visualizar el
control automtico del proceso de distribucin de piezas.
El diseo del mdulo debe cumplir requerimientos didcticos que
garanticen el correcto desarrollo de prcticas de laboratorio.
Figura 7. Mdulo de automatizacin
Programacin del mdulo de automatizacinConfigurados los
dispositivos de automatizacin en el TIA Portal se realiza la
programacin del mdulo, para lo cual se requiere asignar las
variables que se utilizarn en el software de programacin de acuerdo
a los dispositivos y a la secuencia de funcionamiento del mdulo de
transporte.
Diseo del GRAFCETPara describir grficamente la secuencia del
proceso de transporte, se elabora diagramas GRAFCET en dos niveles,
elaborados en funcin del grado de detalle del proceso, a partir de
estos diagramas se programar los dispositivos en las interfaz STEP
7 del TIA Portal, utilizando lenguaje de programacin KOP.
Figura8. Diseo del GRAFCET
Diseo de la pantalla tctil HMIEn la interfaz WinnCC se crea una
imagen o pantalla inicial, en esta pantalla se agregan datos
informativos del proyecto, autores e institucin. Adems, de los
botones para acceder mediante un solo pulso a las pantallas de
control automtico y control manual del mdulo de transporte.
Figura 9. Diseo de la pantalla de control automtico.
El botn de control manual est configurado para que al pulsarlo
se encienda la lmpara de inicio, indicando as el estado de
encendido del mdulo de transporte.
Figura 10. Diseo de la pantalla tctil HMI.
Anlisis de CostosLos elementos que interviene para el clculo de
los costos de produccin total del proyecto son los siguientes:
Dnde:= Costos de produccinMPD= Material o materia prima
directaMOD= Mano de obra directaCIF= Costos indirectos de
fabricacin
El anlisis muestra una diferencia de los costos de produccin
entre el sector industrial y el sector estudiantil de 1281,69 UDS
adquiriendo los equipos mediante kit y teniendo en cuenta que por
ser un aporte al desarrollo de la educacin no se toma en cuenta la
mano de obra directa para el sector estudiantil.Tabla1. Anlisis de
costosDescripcinCosto total
Costos de produccin en el sector industrial3484,73 UDS
Costos de produccin en el sector estudiantil2203,04 UDS
4. DISCUSIN
La conexin elctrica del mdulo de transporte solamente se debe
hacer a una red de alimentacin de 24 V DC. La conexin elctrica del
mdulo de automatizacin slo se har a una red de 120 V AC, 80 mA,
50/60 Hz.
Para la presin de trabajo, se debe suministrar aire comprimido
siempre a travs de una unidad de mantenimiento que se regula para
una presin de 5 bares, en la presin mxima no se debe alcanzar un
valor de 10 bares, el hacerlo pondr en riesgo los elementos del
mdulo y la seguridad personal.
Tareas de revisin, montaje y desmontaje de elementos de los
mdulos se los har solamente desconectando el suministro de energa
elctrica al igual que el de aire comprimido, nunca se debe
manipular partes del mdulo mientras est en funcionamiento.
Para desconectar las mangueras de aire comprimido se debe
primero realizar purgas a travs de las vlvulas.
5. CONCLUSIONES
Se realiz un reconocimiento del mdulo de transporte horizontal,
sus partes principales y el estado tcnico del mdulo, determinando
que se encontraba en mal estado y era necesario realizar tareas de
mantenimiento que permitan devolver las condiciones de
funcionamiento al mdulo.
Se determin que el mdulo de transporte horizontal ha sido
diseado con el fin de simular un proceso de transporte de piezas
desde una torre de almacenamiento hasta una posicin final de
descarga, utilizando equipos de control y actuadores neumticos,
similares al de uso industrial.
Se ha determinado que el PLC S7-1200 es un controlador de diseo
compacto, configuracin flexible y amplio campo de instrucciones,
mientras que la pantalla es un panel KTP600 PN Basic, cuenta con un
panel tctil a color y seis teclas tctiles, ambos dispositivos
poseen puerto PROFINET integrado, para su comunicacin.
Se realiz la programacin de PLC S7-1200 y la pantalla tctil
mediante el software TIA Portal V11, utilizando la interfaz STEP 7
Basic para la configuracin de dispositivos en lenguaje de
programacin KOP y la interfaz WinnCC Basic para el diseo de la
pantalla tctil.
Se realiz la comunicacin entre los dispositivos PLC S7-1200 y la
pantalla tctil, utilizando los puertos PROFINET integrados en cada
dispositivo y una red de comunicacin industrial Ethernet, formada
por el mdulo Compact Switch CSM1277.
Se elaboraron guas de operacin, incluyendo las medidas de
seguridad requeridas en el uso de los equipos y guas de
mantenimiento para los mdulos de transporte horizontal y
automatizacin, elaboradas en base a la informacin tcnica de los
equipos.
RECONOCIMIENTOS
Un agradecimiento especial a la Escuela Superior Politcnica de
Chimborazo, a la Facultad de Mecnica, a la Escuela de Ingeniera de
Mantenimiento y a sus maestros quienes con sus conocimientos y
enseanzas han sembrado en nosotros una actitud de compromiso y
perseverancia para enfrentar los retos del futuro, dejndonos el
legado de ser profesionales de xito.
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